CN104671227A - 一种利用园林绿化废弃物制备的生物炭及其制备和施用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用园林绿化废弃物制备的生物炭及其制备和施用方法，该生物炭的制备包括如下步骤：步骤一、收集园林绿化废弃物风干、粉碎；步骤二、将步骤一所得粉碎物放入三段式具有阶段进料连续炭化并配有用于处理烟气、焦油、木醋油的冷却水处理系统的炭化炉内；步骤三、在相对缺氧的状态下进行自燃式暗火闷烧，在300℃～700℃条件下热解1～5小时；步骤四、将炭化产品冷却至室温，研磨，过筛，得生物炭。按照400～800千克/公顷，将制得的生物炭覆盖于绿化植物或拌入绿化植物土壤后，种植植物即可；本发明克服了目前园林绿化废弃物处置技术不足，具有制备工艺简单易行、成本低等优点。

Description

一种利用园林绿化废弃物制备的生物炭及其制备和施用方法

技术领域

本发明涉及园林绿化废弃物综合利用，具体涉及一种利用园林绿化废弃物制备的生物炭及其制备和施用方法。

背景技术

园林绿化由于在改善城市环境质量、缓解城市热岛效应，维持城市生态平衡方面的特殊作用而受到人们的重视。然而，随之而来的，园林植物废弃物如枯枝落叶、树枝修剪物、草坪修剪物、杂草、种子和残花等的量越来越大，园林植物废弃物已成为继城市生活垃圾后又一大城市废弃物。传统的园林植物废弃物的处置方法包括填埋、焚烧和生产沼气等，但对于营养成分较高的园林植物废弃物而言，这些处理方法意味着营养元素的浪费，且处理成本较高。相对而言，通过处理后返还土壤是最符合生态环保要求，且经济节约的处理方式，因而目前国内大多采用堆肥方式处理园林植物废弃物，然而，堆肥施入土壤快速分解后，植物原本固定下来的碳，又以CO₂和CH₄的形式释放回大气中，增加了大气的温室效应。随着城市绿化在我国各大城市中的快速发展, 园林废弃物如枯枝落叶( 植物凋落物) 、树枝修剪物、草坪修剪物、杂草、种子和残花等的量也越来越大。我国传统的园林废弃物处理处置的主要方式是填埋或焚烧, 这不仅造成了环境的污染, 也带来资源的浪费。生物炭（biochar)是指生物质在缺氧和相对较低(<700 ℃)温度条件下热解而形成的一种具有机碳含量高、吸附能力强、多孔性和多用途的功能化环保材料，是来源于亚马逊流域先民无意间留下的黑土（terra preta）具有增产作用的观察。 研究表明，生物炭施入土壤，可以延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，是一种新型肥料增效载体。

    专利号为：201210078182.5，名称为“生物炭的制备方法”公开了一种利用入侵植物和绿化垃圾生产生物炭的方法。利用的原料有互花米草、落叶、树枝树干这几种生物废弃有机物。其步骤：将互花米草去根，与绿化垃圾清洗、烘干后粉碎；得到的生物质粉末按照一定质量比混合制得混合粉末，在氮气保护下300 ～ 600℃热解1 ～ 4h，冷却至室温研磨过筛；将碳化产物，用体积比1:1 的HCl/HF 清洗，后用蒸馏水清洗至中性pH，烘干，既得新型生物炭产品。该发明以高含碳量的互花米草和绿化垃圾为原料，克服了原料季节性、周期性的缺点，制备方法简单易行、成本低廉，制得的产品吸附性能好、用途广泛，实现了入侵植物和绿化垃圾的资源化利用，取得了良好的生态、社会、经济效益。

中国专利“一种农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法”（公开号：CN 102775236 A）、“一种生物炭基缓释氮肥的生产方法”（公开号：CN 102424642 A）、“一种利用秸秆、厨余废弃物生物质炭生产的多功能生物质炭肥”（公开号：CN102358714）、“园林绿化废弃物处理用节水系统(公开号: CN103265342A),城市绿化废弃物净化处置装置( 申请号: 201320124812.8) 均利用农林废弃物用于节水处理或进行炭化处理后，再直接与肥料混合制成炭基肥。这些技术均需要生物炭与肥料混合制成炭基肥后，拌入土壤，方法繁琐，成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中园林绿化废弃物处置，具体地说是生物炭的制备及施用技术中存在的的不足，提供一种园林绿化废弃物生物炭及其制备和施用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 一种利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法，包括以下步骤：

步骤一、收集园林绿化废弃物风干、粉碎；

   步骤二、将步骤一所得粉碎物放入三段式具有阶段进料连续炭化并配有用于处理烟气、焦油、木醋油的冷却水处理系统的炭化炉内。该炭化炉内装有一个冷却水处理装置，该装置主要用于烟气、焦油和木醋液的处理，这在传统的炭化炉内是没有的。

步骤三、在相对缺氧的状态下进行自燃式暗火闷烧，在300℃～700℃条件下热解1～5小时；

步骤四、将炭化产品冷却至室温，研磨，过筛，得生物炭。

所述步骤二中的炭化炉的结构为下层是点火层，中层为热解层，上层为炭化层。

步骤三中燃烧温度为500℃～600℃。

步骤四中的过筛为过20～100目筛。

优选地，所述园林绿化植物废弃物包括城市绿地或郊区林地中绿化植物自然或养护过程中所产生的乔灌木修剪物（间伐物）、草坪修剪物、杂草、落叶、枝条、花园和花坛内废弃草花等绿化植物废弃物中的一种或几种的混合物。

更进一步地，原料自身要干燥，含水量在20%以下。超过20%以上最好作烘干或晒干处理。原料粉碎呈颗粒状，完全粉末状原料透气性差。树枝必须粉碎或切割处理，长度不超过50mm。

优选地，进料时控制一定数量，均匀上料，要注意第一次上料的数量，原料体积不能超过炭化炉体积的90%，在炭化炉燃烧过程中，每隔一小时或二小时出一次成品，上一次料。上料数量视出成品数量多少而定，不能等炉内原料全部炭化后再上料。

优选地，原料装满后，八个点火口要同时点火，控制点火口调节塞长短尺寸，保持一定量氧气进入炉内，调节四个进氧口的进氧量，或者用电热圈直接通电燃烧。从点火口观察原料自燃状况，阶段性调节进氧量，密封成品出料口封门板。

一种利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法制备的生物炭，其粒径为80～100目。

一种如上所述制备方法制得的生物炭的施用方法，包括如下步骤：

步骤一、对园林绿化土壤表层0～20cm进行翻耕；

步骤二、在步骤一翻耕后的园林土壤中种植园林植物；

步骤三、在步骤一翻耕后的园林土壤中拌入绿化废弃物生物炭；

步骤四、将制得的园林绿化废弃物生物炭按照400～800千克/公顷覆盖于步骤二土壤中；

步骤五、在步骤三种植有绿化植物的土壤表面覆盖生物炭。

优选地，生物炭的施用量为600千克/公顷。

该技术利用园林绿化废弃物制备的生物炭覆盖于园林植物，对于提高绿地土壤的肥力，对维护改善城市绿地土壤生态系统的良性循环、促进植物生长起着重要作用，同时，园林植物废弃物生物炭基质的应用还可大大减少绿化建设中购买的农田土和肥料，对保护耕地和有限的土壤资源具有重要的意义，既有很好的环境效益，又有很高的经济价值，具有安全、环保、高效等突出优点。与现有技术中相比，即专利号为201210078182.5，名称为“生物炭的制备方法”，本发明所公开的利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法，可以实现连续进料，并配有用于处理烟气、焦油、木醋油的冷却水处理系统，更具有商业利用价值，生产效率高，也更加环保。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、充分发挥了生物炭环保经济，保肥、保湿效果好，促进园林植物生长等优点；

2、克服了目前园林绿化废弃物处置中保肥保湿效果差，容易发生病虫害的不足。

 

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是园林绿化植物废弃物生物炭制备流程图。

图2是实施例1中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对紫娇花分支影响的对比图；

图3是实施例1中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对紫娇花蓬径影响的对比图；

图4是实施例1中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对紫娇花高度影响的对比图；

图5是实施例1中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对紫娇花黄叶、枯叶和不良长势影响的对比图；

图6是实施例1中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对紫娇花新叶、萌芽和开花影响的对比图；

图7是实施例2中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对北美海棠地径影响的对比图；

图8是实施例2中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对北美海棠蓬径影响的对比图；

图9是实施例2中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对北美海棠高度影响的对比图；

图10是实施例2中园林绿化覆盖废弃物生物炭，废弃物生物炭以及对照对北美海棠萌芽、不良长势、枯枝影响的对比图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的园林绿化废弃物生物炭制备和施用流程如图1所示，具体步骤如下：

1、园林绿化废弃物收集。包括枯枝落叶（植物凋落物）、乔灌木修剪物（间伐物）、草坪修剪物、杂草、花园和花坛内废弃草花等

2.园林绿化植物废弃物的风干、粉碎。将原料的含水量在20%以下。可以根据绿化植物本身大小或粉碎粒径的需求选择不同类型的粉碎机，粉碎机应有合格的产品质量保证书，作为生物炭制备用一般宜选择细粒径的粉碎机。

3. 粉碎场地。远离生活区或景区但交通便利，运输距离合理；一般条件下粘土地基可满足要求，宜建成硬质地面及挡雨的顶棚，有固定的建筑设施更佳；可充分利用关闭的填埋场遗址等已有设施以降低费用。

4将粉碎的树枝、树叶等园林绿化废弃物放入炭化炉内，在500℃相对缺氧的状态下，热解4小时制备生物炭，研磨，过80目筛，得到生物炭；

本实施例的园林绿化废弃物生物炭施用方法的具体步骤如下：

1.对园林绿化土壤表层5cm进行翻耕

2.将制得的园林绿化废弃物生物炭按照600千克/公顷覆盖土壤；

3、种植紫娇花绿化植物，40天后开始测量分枝数、蓬径、高度等；结果如图2、3、4所示：图中可见，与对照相比，生物炭覆盖土壤可以显著促进生长后期紫娇花的分枝数，截止11月18日，生物炭覆盖土壤中紫娇花的分枝数分别比对照和拌土增加49.1%和42.7%。覆盖和拌土对紫娇花蓬径和高度的影响与对照无显著差异。如图5所示，生物炭对紫娇花生长势影响结果表明，生物炭覆盖可以显著缓解紫娇花的不良生长，与对照相比，生物炭覆盖中紫娇花的黄叶、枯叶和不良长势分别下降47.8%、20%和100%。相反地，如图6所示，生物炭覆盖土壤中紫娇花新叶、萌芽分别比对照增加74.1%和73.7%。生物炭覆盖和拌土对紫娇花开花无显著差异。可见，生物炭覆盖对紫娇花不良生长具有显著缓解和促进生长作用。

 

实施例2

本实施例的园林绿化生物炭制备流程如图1所示，具体步骤如下：

1、园林绿化废弃物收集。包括枯枝落叶（植物凋落物）、乔灌木修剪物（间伐物）、草坪修剪物、杂草、花园和花坛内废弃草花等

2.园林绿化植物废弃物的风干、粉碎。将原料的含水量在20%以下，可以根据绿化植物本身大小或粉碎粒径的需求选择不同类型的粉碎机，粉碎机应有合格的产品质量保证书，作为生物炭制备用一般宜选择细粒径的粉碎机。

3. 粉碎场地。远离生活区或景区但交通便利，运输距离合理；一般条件下粘土地基可满足要求，宜建成硬质地面及挡雨的顶棚，有固定的建筑设施更佳；可充分利用关闭的填埋场遗址等已有设施以降低费用。

4将粉碎的树枝、树叶等园林绿化废弃物放入炭化炉内，在300℃相对缺氧的状态下，热解5小时制备生物炭，研磨，过100目筛，得到生物炭；

本实施例的园林绿化废弃物生物炭施用方法的具体步骤如下：

1.对园林绿化土壤表层5cm进行翻耕；

2.将制得的园林绿化废弃物生物炭按照800千克/公顷覆盖或拌入土壤，优先覆盖；

3、种植北美海棠绿化植物，40天后开始测量地径、蓬径、高度，考察其生长势；结果如图7、8、9所示： 图中可见，从7月25日开始观察至11月18日，与对照相比，生物炭覆盖对北美海棠地径、蓬径和高度的影响无显著差异，而拌土除对高度具有一定抑制作用外，对地径和蓬径也无显著影响。如图10所示，与对照相比，覆盖土壤中北美海棠的不良长势和枯枝率和萌芽分别下降80%、62.5%和50%。生物炭拌土土壤中北美海棠的枯枝数降低了60%，萌芽和不良长势分别提高了50%和20%。 总体上，生物炭覆盖对北美海棠的不良生长具有显著的缓解作用。

实施例3

本实施例的园林绿化生物炭制备流程如图1所示，具体步骤如下：

1、园林绿化废弃物收集。包括枯枝落叶（植物凋落物）、乔灌木修剪物（间伐物）、草坪修剪物、杂草、花园和花坛内废弃草花等

2.园林绿化植物废弃物的风干、粉碎。将原料的含水量在20%以下，可以根据绿化植物本身大小或粉碎粒径的需求选择不同类型的粉碎机，粉碎机应有合格的产品质量保证书，作为生物炭制备用一般宜选择细粒径的粉碎机，处理好的植物长度不超过50mm。

3. 粉碎场地。远离生活区或景区但交通便利，运输距离合理；一般条件下粘土地基可满足要求，宜建成硬质地面及挡雨的顶棚，有固定的建筑设施更佳；可充分利用关闭的填埋场遗址等已有设施以降低费用。

4将粉碎的树枝、树叶等园林绿化废弃物放入炭化炉内，在700℃相对缺氧的状态下，热解1小时制备生物炭，研磨，过60目筛，得到生物炭；

本实施例的园林绿化废弃物生物炭施用方法的具体步骤如下：

1.对园林绿化土壤表层10cm进行翻耕

2.将制得的园林绿化废弃物生物炭按照600千克/公顷覆盖或拌入土壤，优先覆盖；

3、种植北美海棠绿化植物，40天后开始测量地径、蓬径、高度，考察其生长势；从7月25日开始观察至11月18日，与对照相比，生物炭覆盖对北美海棠地径、蓬径和高度的影响无显著差异，而拌土除对高度具有一定抑制作用外，对地径和蓬径也无显著影响。 总体上，生物炭覆盖对北美海棠的不良生长具有显著的缓解作用。

实施例4

本实施例的园林绿化生物炭制备流程如图1所示，具体步骤如下：

1、园林绿化废弃物收集。包括枯枝落叶（植物凋落物）、乔灌木修剪物（间伐物）、草坪修剪物、杂草、花园和花坛内废弃草花等

2.园林绿化植物废弃物的风干、粉碎。将原料的含水量在20%以下，可以根据绿化植物本身大小或粉碎粒径的需求选择不同类型的粉碎机，粉碎机应有合格的产品质量保证书，作为生物炭制备用一般宜选择细粒径的粉碎机，将植物长度控制在30mm。

3. 粉碎场地。远离生活区或景区但交通便利，运输距离合理；一般条件下粘土地基可满足要求，宜建成硬质地面及挡雨的顶棚，有固定的建筑设施更佳；可充分利用关闭的填埋场遗址等已有设施以降低费用。

4将粉碎的树枝、树叶等园林绿化废弃物放入炭化炉内，在600℃相对缺氧的状态下，热解2小时制备生物炭，研磨，过80目筛，得到生物炭；

本实施例的园林绿化废弃物生物炭施用方法的具体步骤如下：

1.对园林绿化土壤表层15cm进行翻耕；

2.将制得的园林绿化废弃物生物炭按照600千克/公顷覆盖或拌入土壤，优先覆盖；

3、种植北美海棠绿化植物，40天后开始测量地径、蓬径、高度，考察其生长势；从7月25日开始观察至11月18日，与对照相比，生物炭覆盖对北美海棠地径、蓬径和高度的影响无显著差异，而拌土除对高度具有一定抑制作用外，对地径和蓬径也无显著影响。 总体上，生物炭覆盖对北美海棠的不良生长具有显著的缓解作用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。 

Claims (8)

1.一种利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法，包括以下步骤：

步骤一、收集园林绿化废弃物风干、粉碎；

步骤二、将步骤一所得粉碎物放入三段式具有阶段进料连续炭化并配有用于处理烟气、焦油、木醋油的冷却水处理系统的炭化炉内；

步骤三、在相对缺氧的状态下进行自燃式暗火闷烧，在300℃～700℃条件下热解1～5小时；

步骤四、将炭化产品冷却至室温，研磨，过筛，得生物炭。

2.如权利要求1所述的利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法，其特征在于步骤二中的三段式炭化炉的结构为下层是点火层，中层为热解层，上层为炭化层。

3.如权利要求1所述的利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法，其特征在于步骤三中燃烧温度为500℃～600℃。

4.如权利要求1所述的利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法，其特征在于步骤四中的过筛为过20～100目筛。

5.一种根据权利要求1所述的利用园林绿化废弃物制备生物炭的方法制备的生物炭。

6.如权利要求5所述的生物炭，其特征在于其粒径为80～100目。

7.一种如权利要求5所述的生物炭的施用方法，包括如下步骤：

步骤一、对园林绿化土壤表层0～20cm进行翻耕；

步骤二、在步骤一翻耕后的园林土壤中种植园林植物；

步骤三、在步骤一翻耕后的园林土壤中拌入绿化废弃物生物炭；

步骤四、将制得的园林绿化废弃物生物炭按照400～800千克/公顷覆盖于步骤二土壤中；

步骤五、在步骤三种植有绿化植物的土壤表面覆盖生物炭。

8.如权利要求7所述的生物炭的施用方法，其特征在于生物炭的施用量为600千克/公顷。